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    • 一、可再生能源的潜在痛点有哪些?
    • 二、半导体如何帮助解决这些痛点?
    • 三、可再生能源未来的发展,如何靠半导体技术继续推动?
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新能源和芯片有啥关系?

2023/09/28
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新能源芯片有啥关系?”

作为一个数字芯片工程师,我觉得:好像真没啥关系。

前几天参加了德州仪器的「可再生能源半导体技术创新峰会」,有幸和很多行业大佬(包括储能、光伏、充电桩、电网等等)一起讨论了文章开头的那个问题。

事实证明,是我冒昧了。

接下来,就和大家分享一下我们讨论的三个问题:

1. 可再生能源的潜在痛点有哪些?

2. 半导体如何帮助解决这些痛点?

3. 可再生能源未来的发展,如何靠半导体技术继续推动?

一、可再生能源的潜在痛点有哪些?

聊到这个问题,几位嘉宾就开启了「吐槽」模式。比如,新能安储能研发总监苏志高表示,电化学储能作为主要的能源存储的载体,它的长循环寿命、安全可靠性是最大的痛点。现在有越来越多的客户希望储能产品的寿命达到15-20年,这就需要在产品设计的时候充分考虑安全可靠的问题。

另外,大家对储能产品(特别是电池)存在的最大担忧其实是安全。「安全」是个很宽泛的概念,既包含电池本身的材料安全,又包含电池管理系统的安全。是否能够设计更加可靠的故障预测算法,从而在电池失效甚至出事之前提前预警,也是储能产品的巨大挑战。

话筒传到光伏领域,古瑞瓦特储能产品线总监王飞飞表示,虽然现在光伏产业发展迅速,但仍然存在两个挑战:一个是成本、一个是电网接入。成本比较好理解,因为如果没有补贴的话,光伏的固定成本目前还是没办法和火电水电这些传统能用相比。电网接入则是指,如何能更好的把光伏发电接入传统电网、如何做这些新能源的管理和计费,这些都是之前大家很少考虑的问题。

主营充电桩业务的特来电副总经理黄建宾也表示,可再生能源有很强的间歇性,所以如何长时间稳定使用就成为一个具有挑战性的难题。另外虽然现在大家给新能源车充电都还比较便宜,那是由于存在比较多补贴。一旦补贴降低,如何进一步降低用电成本,也是这些新能源公司关注的痛点。

二、半导体如何帮助解决这些痛点?

之所以很多人觉得芯片和能源关系不大,可能主要是由于传统能源更多是劳动力密集和资金密集的行业。但进入光伏、储能和充电桩等可再生能源领域,其实对于半导体芯片和器件带来了井喷式的需求。拿光伏举例,现在光伏面板主要用多晶硅、单晶硅,转换效率可以达到20%~25%,并且使用光伏逆变器,最大化进行能源转换提升发电量。

作为模拟和功率芯片大厂,德州仪器也有大量相关的产品和技术布局。比如,TI有进行实时控制的MCU C2000TM,这个也算是行业的明星产品了。电池安全和管理领域,TI也在重点布局电池实时检测、以及工业化领域的模拟前端方向。TI会持续投入更高精度、更高功率密度的技术和产品。第三代半导体领域,TI也有十几年的投入,并由自己的工厂和工艺进行生产制造,兼顾可靠性和低成本。

此外,TI也在布局与可再生能源相关的传统模拟器件和相关技术,比如隔离器电流、电压采样、电流传感等等。而这些方向的重点,是开发更低的成本、更高可靠性的产品。新型半导体领域,包括宽禁带半导体碳化硅氮化镓功率器件,以及针对电源产品的新型电源拓扑架构、创新算法,都会带来整体转换效率的提升。

当然,作为半导体厂商,也要和下游的可再生能源厂商密切配合与合作,不仅做半导体部件和材料的创新,也要做系统级的协同创新。

拿充电领域举例,其实就存在很多供需不平衡和损耗的情况。每个电动汽车都有一个70-100度的电池,但如果长期不使用,其实就可以看成一个小的储能,甚至可以考虑接入电网、把不用的电卖出去,实现「削峰填谷」。

三、可再生能源未来的发展,如何靠半导体技术继续推动?

先看光伏行业。作为已经发展比较成熟的行业,其实光伏未来仍然存在很多机会。比如对于光伏逆变器来说,主要是在提升转换效率,包括加入储能之后的循环效率等。这些都会为第三代半导体、高算力的芯片、高精度芯片带来更多需求

对于储能产品来说,TI已经和不少行业头部玩家深度合作,把汽车级高可靠芯片应用到储能产品中,同时针对电池管理系统的高安全、高可靠性做特定的设计和优化。

对于充电桩来说,则需要半导体支持高功率、大电流、高温度的工作情况。此外,在充电桩的运维方面其实还存在很多智能化的需求。能否将AI技术结合到可再生能源基础设施的建设和运维中,或许也是未来的发展方向。

结语

新能源和芯片不仅有关系,而且关系重大。这也是我参加这次TI「可再生能源半导体技术创新峰会」的最大收获。

TI作为模拟器件和嵌入式芯片「扛把子」的存在,也在加快可再生能源领域的布局和投资。在光伏领域,提供光伏逆变器的高效实现方案;在储能领域,TI的芯片为锂电池组提供完备的监控、保护和均衡的功能,提高系统的能量密度和稳定性,并利用电池管理和电源转换技术提高可再生能源存储系统的性能;在电动汽车充电桩领域,提供高性能实时控制器和无线连接产品,帮助构建快速、高效的电动汽车充电解决方案。

在讨论的最后,几位大佬都异口同声的表示:未来已来,可再生能源已经成为了势不可挡的洪流。传统能源向新能源转型,传统技术也在向新技术转型。虽然挑战丛生,但其实都是技术发展的重要机遇。

从这个角度来看,每个参与的人和公司其实都有很大的机会,就看谁的视野更广、执行力更强了。

(注:本文不代表老石任职单位的观点。)

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微信公众号“老石谈芯”主理人,博士毕业于伦敦帝国理工大学电子工程系,现任某知名半导体公司高级FPGA研发工程师,从事基于FPGA的数据中心网络加速、网络功能虚拟化、高速有线网络通信等领域的研发和创新工作。曾经针对FPGA、高性能与可重构计算等技术在学术界顶级会议和期刊上发表过多篇研究论文。